The characteristics of combustion and radiation heat transfer of an oxygen-enhanced diffusion flame was experimentally analyzed. An infrared radiation heat flux gauge was used to measure the thermal radiation of various types of flames with fuel, air and pure oxygen. And the Laser Induced Incandescence (LII) technique was applied to characterize the soot concentrations which mainly contribute to the continuum radiation from flame. The results show that an oxygen-enhanced inverse diffusion flame is very effective in increasing the thermal radiation compared to normal oxygen diffusion flame. This seems to be caused by overlapped heat release rate of double flame sheets formed in inverse flame and generation of higher intermediate soot in fuel rich zone of oxygen-fuel interface, which is desirable to increase continuum radiation. And the oxygen/methane reaction at slight fuel rich condition (ø=2) in oxygen-enhanced inverse flame was found to be more effective to generate the soot with moderate oxygen availability.
The relationship among the flame radiation, NOx emissions, residence time, and global strain rate are examined for turbulent non-premixed jet flames with wide variations in coaxial air conditions. Measurements of NOx emission, flame geometry and flame radiation were made to explain the NOx emission scaling based on global parameters such as flame residence time, global strain rate, and radiant fraction. The overall 1/2-power scaling is observed in coaxial air flames, irrespective of coaxial air conditions, but the degree of deviation from the l/2-slope curve in each case differs from one another. From the comparison between the results of pure hydrogen flames and those of helium diluted hydrogen flames, it is observed that flame radiation plays a significant role in pure hydrogen flames with coaxial air and the deviation from 1/2-power scaling may be explained in two reasons: the difference in the flame radiation and the difference in jet similarity in coaxial air flames. From the radiation measurements, more detailed explanations on these deviations were suggested.
An Experimental study of oxygen enriched double inversed diffusion flame was conducted to understand the flame characteristics and radiation heat transfer. The infrared radiation meter was used to measure of various combination of fuel, air and pure oxygen. The results show that oxygen enriched double inversed diffusion flame is very effective to increase of thermal radiation and proper addition of pure oxygen in air flow can intensity thermal radiation of flame. And it can be found that oxygen enriched double inversed diffusion flame could give benefits of cost effective and very high energy saving.
An experimental study of oxygen enriched double inversed diffusion flame was conducted to understand the flame characteristics and radiation heat transfer. The infrared radiation meter was used to measure of various combination of fuel, air and pure oxygen. The results show that oxygen enriched double inversed diffusion flame is very effective to increase of thermal radiation and proper addition of pure oxygen in air flow can intensify thermal radiation of flame. And it can be found that oxygen enriched double inversed diffusion flame could give benefits of cost effective and very high energy.
The relationship among the flame radiation, NOx emissions, residence time, and global strain rate are examined for turbulent non-premixed jet flames with wide variations in coaxial air conditions. Measurements of NOx emission, flame geometry and flame radiation were made to explain the NOx emission scaling based on global parameters such as flame residence time, global strain rate, and radiant fraction. The overall 1/2-power scaling is observed in coaxial air flames, irrespective of coaxial air conditions, but the degree of deviation from the 1/2-slope curve in each case differs from one another. From the comparison between the results of pure hydrogen flames and those of helium diluted hydrogen flames, it is observed that flame radiation plays a significant role in pure hydrogen flames with coaxial air and the deviation from 1/2-power scaling may be explained in two reasons: the difference in the flame radiation and the difference in jet similarity in coaxial air flames. From the radiation measurements, more detailed explanations on these deviations were suggested.
Newbold, Greg J.R.;Nathan, Graham J.;Nobes, David S.;Turns, Stephen R.
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.7
no.1
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pp.8-14
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2002
Measurements of global emissions, flame radiation and flame dimensions are presented for unconfined turbulent-jet and precessing-jet diffusion flames. Precessing jet flames are characterised by increases in global flame radiation and global flame residence time for methane and propane fuels, however a strong dependency of the NOx emission indices on the fuel type exists. The fuel type dependence is considered to be because soot radiation is more effective than gas-radiation at reducing global flame temperatures relative to adiabatic flame temperatures and reducing the NO production rate.
Multi-hole type oxygen combustion burner was developed for industrial gasification and smelting furnace. We investigated characteristics of flame, radiation transfer, and soot emission in the convectional oxygen burner with respect to the feeding condition of fuel and oxygen. Regarding the results of the conventional burner, we designed new burners which have larger fuel consumption rate and radiation heat transfer. We changed the size and hole number and shape of the exit plane of the burner. In addition, the performance of the burner was tested with respect to the feeding condition of the fuel and air: Normal Diffusion flame(NDF) and Inverse Diffusion Flame(IDF). We investigated the flame configuration, radiation heat transfer, and soot formation by using a CCD camera, heat flux meter, and Laser Induced Incadescence(LII), respectively. The stable operating condition was obtained by the flame configuration and the flame of the burner which has dented exit plane was more stable in whole operating conditions. The characteristics of radiative heat transfer were sensitive to the feeding condition of reactants and the flame of 75% primary oxygen and 25% secondary oxygen of the IDF case shows maximum radiation heat transfer. The soot volume fraction of the flame was measured in the axial direction of the flame and the amount of soot volume fraction is proportion to the radiation heat transfer. As a result, we can get the optimal operating condition of the newly designed burner which enhances the characteristics of flame stabilization and radiation heat transfer.
Radiation effects on the partially premixed methane flames diluted with water vapor in the air stream were numerically investigated. OPPDIF code and GRI-v3.0 were used in the numerical simulation. Adiabatic condition was compared with two different radiation models, optically-thin and WSGGM models. It was found that the radiation effect on the flame structure for the equivalence ratio (${\Phi}$) of 2.5 was less than ${\Phi}=1.5$. Extinction limit was not affected significantly, however, local flame structure was markedly influenced by the radiation models as increasing the water vapor concentration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.9
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pp.1185-1191
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1999
Radiation-induced oscillatory instability in diffusion flames is numerically investigated with nonlinear dynamics considered. As the simplest flame model, a diffusion flame established in the stagnant mixing layer is employed with optically thin gas-phase radiation and unity Lewis numbers for all species. Attention is focused on the radiation-induced extinction regime, which occurs at large $Damk\ddot{o}hler$ number. Once the steady flame structure is obtained for a prescribed value of the initial $Damk\ddot{o}hler$ number, transient solution of the flame is calculated after a finite amount of the $Damk\ddot{o}hler$-number perturbation is imposed on the steady flame. Transient evolution of the flame exhibits three types of flame-evolution behaviors, namely decaying oscillatory solution, diverging solution to extinction and stable limit-cycle solution. A dynamic extinction boundary is identified for laminar flamelet library.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.8
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pp.1040-1047
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1999
The characteristics of flame propagation in inert particle-laden $H_2$/Air premixed gas are numerically investigated on this study. The 2nd order TVD scheme is applied to numerical analysis of governing equations and multi-step chemical reaction model and detailed transport properties are sued to solve chemical reaction terms. Radiation heat transfer is computed by applying the finite volume method to a radiative transfer equation. The burning velocities against the mole fractions of hydrogen agree well with results performed by different workers. The inert particles play significant roles in the flame propagation on account of momentum and heat transfer between gas and particles. Gas temperature, pressure and flame propagation speed are decreased as the loading ratio of particle is increased. Also the products behind flame zone contain lots of water vapor whose absorption coefficient is much larger than that of unburned gas. Thus, the radiation effect of gas and particles must be considered simultaneously for the flame propagation in a mixture of $H_2$/Air and inert particles. As a result, it is founded that because the water vapor emits much radiation and this emitted radiation is released at boundaries as radiant heat loss as well as reabsorbed by gas and particles, flame propagation speed and flame structure are altered with radiation effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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